工学软包装复合技术.pptx
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1、浙江科技学院浙江科技学院软包装复合技术软包装复合技术张治国浙江科技学院22024/4/24 周三回顾回顾v产品的极大丰富决定了包装的极大丰富;v产品的巨大差别决定了对包装的要求也是千差万别,包装材料的性能要求也随之不同;v总的趋势是产品愈来愈丰富,对包装的要求愈来愈多,愈来愈苛刻,因此要求开发愈来愈多,性能愈来愈好的包装材料。浙江科技学院32024/4/24 周三回顾回顾v包装材料的发展充分反映了学科发展趋势。v包装材料经历了由传统用纸、木、金属、玻璃等材料到全新塑料的过程。v单一材料成本较低,但性能过于单一,无法满足较多的功能需求。v解决方案:复合材料浙江科技学院42024/4/24 周三回
2、顾回顾包装纸、金属、木、玻璃等软包装塑料薄膜、纸张、金属箔等复合软包装复合薄膜材料浙江科技学院52024/4/24 周三回顾回顾复合软包装复合软包装纸、复合薄膜、金属箔纸、复合薄膜、金属箔等新型包装材料等新型包装材料层合层合涂布涂布共挤出共挤出界面相的作用界面相的作用复杂的物理化学作用复杂的物理化学作用复合设备复合设备挤出设备挤出设备印刷设备印刷设备浙江科技学院62024/4/24 周三第二章第二章 软包装材料复合的理论基础软包装材料复合的理论基础v软包装复合材料是由多种不同性质的复合基材通过科学的层次设计和一定工艺复合而成;v如何更好地选择基材和胶黏剂、配置搭配基材、预处理基材等,制备生产和
3、研发复合强度高、性能优良的软包装复合材料?v复合原理研究对象:如何才能使由两种或两种以上不同化学组分、不同性能的材料复合后的整体性能优于组分材料。浙江科技学院72024/4/24 周三第一节第一节 界面与复合材料的界面界面与复合材料的界面v复合材料:由两个或两个以上的独立的物理相,包括黏结材料(基体)和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物,称为复合材料。简单地说,复合材料就是用两种或两种以上不同性能,不同形态的组分材料,通过复合手段组合而成的一种多相材料。(GB/T 3961-1993)v“两个或两个以上的独立的物理相”v界面是物相与物相之间的交界面。凡是不同相共存的体系,在相与相之间都存
4、在着界面。浙江科技学院82024/4/24 周三影响复合材料性能的因素影响复合材料性能的因素v (1)增强材料的性能。v (2)基体的性能。v (3)复合材料的结构及成型技术。v (4)复合材料中增强相和基体界面的结合状态,即界面层的性能。浙江科技学院92024/4/24 周三界面与复合材料的界面界面与复合材料的界面v界面规律的研究是复合材料的基础理论之一v各组分材料以界面接触形式叠合成多层复合材料v复合材料的各个相在界面上可以物理地分开,但通过微观结构层次上的分析研究,发现复合材料界面附近的增强相和基体相由于在复合时复杂的物理和化学原因,具有既不同于基体相,又不同于增强相组分本身的复杂结构。
5、v界面是复合材料组成的重要组成部分,它的结构与性能,以及黏合强度等因素,会对复合材料宏观性能产生影响。浙江科技学院102024/4/24 周三界面与复合材料的界面界面与复合材料的界面v界面,并非是一个没有厚度的理想几何面。实验已证明,两相交接的区域是一个具有相当厚度的界面层,即中间相,两相的接触会引起多种界面的效应,使界面层结构和性能不同于它两侧相邻的结构的性质。vHelfand等由统计理论计算得到的界面层的厚度为几十纳米范围,SWu认为小于0.1微米,但KWei和Troslyanshava报道值在200 纳米2 微米之间。浙江科技学院112024/4/24 周三界面与复合材料的界面界面与复合
6、材料的界面v各组分材料以界面接触形式叠合成多层复合材料,v两相接触界面结构的相互作用,包括相应基团的化学反应在内,是界面层生成的基础v复合材料的复合过程与两材料(基材)的界面形成过程几乎同时发生。浙江科技学院122024/4/24 周三复合材料界面的形成阶段复合材料界面的形成阶段v复合材料的两相一般总有一相以溶液或熔融流动状态与另一固相接触,然后进行固化反应,使两相结合在一起,软包装复合材料层合复合也是如此。v 基体与增强材料的接触与浸润过程;v 增强材料与基体材料之间的“固化”阶段。浙江科技学院132024/4/24 周三复合材料界面的形成阶段复合材料界面的形成阶段v基体与增强材料的接触与浸
7、润过程:v由于增强材料对基体分子的各种基团或基体中各组分的吸附能力不同,它能吸附那些能降低其表面能的基团或基体组分,并优先吸附那些能较多降低其表面能的基团或基体组分,因此,界面层在结构上与基体本体是不同的。浙江科技学院142024/4/24 周三复合材料界面的形成阶段复合材料界面的形成阶段浙江科技学院152024/4/24 周三复合材料界面的形成阶段复合材料界面的形成阶段v增强材料与基体材料之间的“固化”阶段:v在此过程中增强材料与基体通过物理或化学反应而固化,形成固定的界面层。“固化”受第一阶段直接影响,同时它也直接决定所形成界面层的结构。v固化反应可借助固化剂官能团反应来实现,在利用固化剂
8、固化的过程中,固化剂所在位置是固化反应的中心,固化反应从中心以辐射状向四周扩展,最后形成中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构。浙江科技学院162024/4/24 周三浸浸 润润v从复合材料界面形成过程可知,复合材料基体(材)与增强(基材)材料要牢固地结合成一个整体,并且有足够的强度,必须要使材料在界面上形成能量的最低结合,即它们之间能相互浸润。v所谓浸润,又称湿润,即把不同的液滴放到不同的固体表面上,有时液滴会立即铺展开来,遮盖固体的表面,这一现象称为浸润;有时液滴仍团聚成球状,这一现象称为“不浸润”或“浸润不好”。浙江科技学院172024/4/24 周三浸浸 润润浙江科技学院182024/
9、4/24 周三浸浸 润润浙江科技学院192024/4/24 周三浸浸 润润浙江科技学院202024/4/24 周三浸润角浸润角v液体对固体的浸润能力可以用浸润角来表示,v当90o时,称为不浸润;当=0o,称为完全浸润;当=180o时,完全不浸润。浙江科技学院212024/4/24 周三浸润角浸润角v液体浸润角的大小与固体表面张力、液体表面张力及固液界面张力有关,它们与浸润角之间的关系如下:vSA=SL+LAconsvcos=(SA-SL)/LAv材料之间的湿润与材料之间表面张力有直接关系。浙江科技学院222024/4/24 周三浸润浸润v改变表面张力,即能改变材料的润湿情况。v固体表面的润湿性
10、能与其结构有关,改变固体的表面状态,即改变其表面张力,就可以达到改变润湿情况的目的。进而改善材料的性能。v对聚烯烃材料在复合或印刷之前进行表面处理,如电晕处理和化学处理等,均可以改变其表面状态和提高其表面的表面张力,使胶黏剂或油墨与基材间的润湿得到改善,提高复合材料的黏合强度和油墨的附着力等。浙江科技学院232024/4/24 周三界面效应界面效应 复合材料的界面效应主要包括:v1.物理效应物理效应引起各组分之间互相浸润、扩散、结构网络互穿的变化。v2化学效应化学效应导致界面上的化学反应,形成新的界面层结构。v3力学效应力学效应引起界面上的应力分布。浙江科技学院242024/4/24 周三界面
11、的作用机理界面的作用机理 v界面是复合材料组成的重要组成部分,它的结构与性能,以及黏合强度等因素,会对复合材料宏观性能产生影响。v界面结构通常具有很强的结合强度,是复合增效的基础和关键。v为了解释界面复合过程和机理,学者们提出了多种理论和假设。已有的研究结果总结为以下几种理论,包括浸润吸附理论、化学键理论、扩散理论、电子静电理论、弱边界层理论、机械联结理论、变形层理论和优先吸附理论。浙江科技学院252024/4/24 周三1吸附理论吸附理论 v浸润吸附理论认为:复合材料基材与增强材料的复合黏结过程,增强体(黏合剂或熔融体另一基材)或基材分子借助布朗运动从增强体或基材溶液或熔融体中,移动到被粘物
12、表面,再通过微布朗运动,逐渐向被粘体(基材)表面的极性基团靠近,对其进行浸润;当增强体与基材分子间距0.5nm时,范德华力(包括取向力、诱导力和色散力)开始发生作用,从而形成偶极偶极键、偶极诱导偶极键、氢键等进行吸附作用。浙江科技学院262024/4/24 周三1吸附理论吸附理论浙江科技学院272024/4/24 周三1吸附理论吸附理论v此理论认为黏合吸附力决定于次价键力,基材对增强体吸附作用越强烈,黏合强度越高,增强材料对基材的浸润性越好,黏合强度也越高。v浸润吸附理论的局限性在于:增强体与基材之间不仅仅有分子间力的作用;v黏合剂与被粘基材的吸附作用是以极性基团的相互作用为基础的,因而它不能
13、解释某些非极性高分子化合物之间的黏合。浙江科技学院282024/4/24 周三2化学键理论化学键理论浙江科技学院292024/4/24 周三2化学键理论化学键理论 v该理论的主要观点是:增强体黏合剂或基材具有两类官能团,一类官能团在理论上能与基材或增强体黏合剂起化学反应;另一类官能团在理沦上能参与基材发生固化反应,形成化学键结合。v该理论为复合技术的开展开拓了广阔的前景,使得以前不能相互复合的许多材料通过第三种媒介而复合在一起。这为复合材料适应各种需要创造了有利条件。但该理论不能解释不能形成化学键的复合体系。浙江科技学院302024/4/24 周三3扩散理论扩散理论 vBarodkuu提出了塑
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